基于遙感和GIS的蒲縣土地利用研究

楊艷青 柴旭榮

摘要 從土地利用/覆蓋變化（LUCC）著手，以山西省蒲縣為例，采用遙感和GIS技術(shù)，結(jié)合研究區(qū)的土地利用現(xiàn)狀，以遙感影像為載體，利用支持向量機(jī)和最大似然法對(duì)研究區(qū)土地利用/覆蓋進(jìn)行分類，分析了蒲縣2000～2014年土地利用動(dòng)態(tài)變化，并進(jìn)一步分析了土地利用變化的驅(qū)動(dòng)力及其存在的問題，提出了土地可持續(xù)發(fā)展的對(duì)策及措施。

關(guān)鍵詞 蒲縣；土地利用/覆蓋；支持向量機(jī)；最大似然法；可持續(xù)發(fā)展

中圖分類號(hào) S127 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2015）34-249-02

土地利用/覆蓋變化（LUCC）是全球環(huán)境變化和可持續(xù)發(fā)展的重要內(nèi)容[1]，20世紀(jì)90年代以來，全球變化的研究進(jìn)一步推動(dòng)了對(duì)土地利用變化的研究[2]。加強(qiáng)對(duì)土地利用變化的研究對(duì)解決由土地利用變化導(dǎo)致的一系列資源、環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)問題都具有重要的意義。

近年來，隨著衛(wèi)星遙感技術(shù)的發(fā)展，遙感在全球土地利用/覆蓋變化研究中發(fā)揮著越來越重要的作用[3]，大大節(jié)省了常規(guī)實(shí)地測(cè)繪調(diào)查成本和時(shí)間，為土地利用變化的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及定量分析提供了豐富的信息，極大地促進(jìn)了土地利用變化的研究。目前，“3S”技術(shù)成為土地利用變化研究最重要的技術(shù)手段[4]。

筆者基于遙感影像處理技術(shù)，在GIS輔助下，選用支持向量機(jī)法和最大似然法對(duì)蒲縣土地利用/覆蓋信息進(jìn)行提取，分析2000～2014年該縣土地利用變化的規(guī)律，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步探討分析該縣轉(zhuǎn)型跨越發(fā)展中可持續(xù)發(fā)展的對(duì)策，更好地促進(jìn)其發(fā)展。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

蒲縣位于山西省黃土高原呂梁山南端西麓，地處110°51′09″～111°23′36″ E、36°11′32″～36°38′13″ N，是臨汾往西的門戶。蒲縣屬于暖溫帶大陸性氣候，年降雨量576.9 mm，水土流失嚴(yán)重，全縣總面積1 510.61 km2，土壤質(zhì)地瘠薄，生態(tài)環(huán)境脆弱。

1.2 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)主要來源于：①研究區(qū)Landsat7ETM、Landsat5TM和Landsat8OLI遙感影像數(shù)據(jù)；獲取時(shí)間分別為2000年5月21日、2007年8月14日、2014年12月30日，條帶號(hào)均為126，行編號(hào)分別為35、35、34。②輔助數(shù)據(jù)有1∶5萬土地利用圖、地形圖和行政區(qū)劃圖等。

1.3 研究方法

支持向量機(jī)SVM（Support Vector Machine）是小樣本情況下基于統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)理論的一種新的機(jī)器學(xué)習(xí)法[5-6]。在遙感圖像的分類研究中，應(yīng)用SVM最大的優(yōu)點(diǎn)是進(jìn)行分類時(shí)無須進(jìn)行數(shù)據(jù)降維，訓(xùn)練速度快，分類精度高[7]。

最大似然法MLC（Maximum Likelihood Classification）是遙感影像監(jiān)督分類最常用的統(tǒng)計(jì)方法之一，與其他非參數(shù)方法相比具有易于與先驗(yàn)知識(shí)融合和算法簡(jiǎn)單而易于實(shí)施等優(yōu)點(diǎn)[8-9]。

土地利用動(dòng)態(tài)度可定量描述區(qū)域范圍土地利用變化的速度，為更好地研究蒲縣土地利用變化的情況，現(xiàn)引入單一土地利用動(dòng)態(tài)度公式[10]。公式為：

K=Ub-UaUa×1T×100%（1）

式中，K為研究時(shí)段內(nèi)某土地利用動(dòng)態(tài)度；Ua、Ub為研究區(qū)某土地利用類型研究初期和末期的數(shù)量；T為研究時(shí)段長。當(dāng)T設(shè)定為年時(shí)，K就是研究區(qū)某土地利用類型的年變化率。

2 結(jié)果與分析

2.1 土地利用/覆蓋數(shù)量結(jié)構(gòu)分析

運(yùn)用支持向量機(jī)法和最大似然法對(duì)蒲縣2000、2007和2014年的土地利用/覆蓋遙感影像進(jìn)行分類，研究發(fā)現(xiàn)支持向量機(jī)法的分類精度較最大似然法高7.2%，因此采用支持向量機(jī)法的分類結(jié)果。

根據(jù)土地利用/覆蓋遙感分類結(jié)果，并結(jié)合ArcGIS空間統(tǒng)計(jì)與分析，得出該研究區(qū)3個(gè)時(shí)期土地利用類型面積的變化，結(jié)果見表1。

由表1可知，研究區(qū)土地利用類型中林地面積最大，未利用地、耕地次之，其余土地利用類型面積均很小，土地利用以林地為主，耕地為輔。2000～2014年，蒲縣耕地減少了2 368.34 hm2，減少了1.56%，林地增加了2 108.73 hm2，增加了1.39%，未利用地減少了734.33 hm2。據(jù)此，分析得出蒲縣土地利用類型的數(shù)量結(jié)構(gòu)具有以下特征：

（1）耕地面積較小，僅占土地總面積的15.30%；林地資源豐富，占土地總面積的48.79%；牧草地資源少，占全縣土地面積的1.60%，所占比重甚少，對(duì)當(dāng)?shù)匦竽翗I(yè)的發(fā)展具有制約性，且不利于立體固沙，防止水土流失。

（2）居民點(diǎn)及工礦用地面積較小，僅占全縣土地面積的2.60%。

（3）后備資源豐富，但可挖掘的土地潛力不大，未利用的土地中以難利用土地居多，主要以土石山和黃土溝壑形式存在，可利用空間很小。

2.2 土地利用/覆蓋動(dòng)態(tài)變化分析

利用公式（1）計(jì)算得出2000～2014年蒲縣單一土地利用動(dòng)態(tài)度（表1）。

由表1得出蒲縣土地利用類型的數(shù)量變化情況為：

（1）2000～2014年，該縣耕地面積一直呈下降趨勢(shì)，其中2000～2007年減少速度緩慢，2007～2014年急劇減少。

（2）園地、牧草地和其他農(nóng)用地變化比較復(fù)雜。2000～2014年園地呈不短增加的趨勢(shì)，牧草地和其他農(nóng)用地呈先減少后增加的態(tài)勢(shì)。

（3）2000～2014年，林地面積呈不斷增長的趨勢(shì)。

（4）居民點(diǎn)及工礦用地、交通及水利設(shè)施用地和其他建設(shè)用地變化趨勢(shì)相似，始終呈增長趨勢(shì)。在整個(gè)期間居民點(diǎn)及工礦用地和其他建設(shè)用地的增長速度均為先慢后快，交通及水利設(shè)施用地的增長速度則為先快后慢。

（5）未利用地總面積在逐年減少。從2000～2014年，始終呈減少趨勢(shì)，但2000～2007年減少率大于2007～2014年減少率。

總體來看，2000～2014年蒲縣耕地、未利用地面積都減少了，其中耕地退化最快，其余土地利用類型都增加了。農(nóng)用地中牧草地增幅較大；建設(shè)用地年增長速度最快，其中居民點(diǎn)及工礦用地增加速度較快，其他建設(shè)用地年變化速度較慢。林地面積增加了2 108.73 hm2，是土地利用類型中增加最多的。經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人口增長、城市化進(jìn)程加快、礦產(chǎn)資源開采、“退耕還林還草”政策、農(nóng)業(yè)用地結(jié)構(gòu)調(diào)整等是該地區(qū)土地利用變化的主要?jiǎng)右颉?/p>

3 蒲縣土地可持續(xù)利用對(duì)策及措施

3.1 加強(qiáng)水土保持，改善生態(tài)環(huán)境

加強(qiáng)水土保持工作，可在大于25°的陡坡上人工開挖水平溝、魚鱗坑等工程措施及封山育林、植樹種草等生態(tài)措施。同時(shí)要加強(qiáng)保護(hù)和改善天然林、自然保護(hù)區(qū)等生態(tài)脆弱地區(qū)的林地。此外，要注重廢棄礦區(qū)的還林還草，改良生態(tài)環(huán)境。

3.2 加強(qiáng)土地整理、復(fù)墾工作

在農(nóng)村，合理地進(jìn)行村莊合并，整理居民點(diǎn)用地[11]。蒲縣90%的礦區(qū)都不同程度的存在亂挖亂占土地資源的問題，土地復(fù)墾更顯迫切。例如，煤礦區(qū)固體廢棄物占用的土地經(jīng)處理可以使用，塌陷區(qū)廢棄的土地經(jīng)過復(fù)墾后可使用，廢棄的煤炭關(guān)聯(lián)廠可復(fù)墾為耕地。

3.3 加強(qiáng)土地的集約、節(jié)約利用

蒲縣正處于轉(zhuǎn)型跨越發(fā)展中，而其又屬于資源枯竭型城市，要發(fā)展就要調(diào)整、轉(zhuǎn)型和升級(jí)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。為確保蒲縣經(jīng)濟(jì)社會(huì)得到進(jìn)一步發(fā)展，必須進(jìn)行土地的節(jié)約集約利用，改變土地粗放、低效率的利用方式[12]。